WO1982001961A1 - Fuse - Google Patents

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WO1982001961A1
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Abstract

The fuse comprises an elongated support formed by at least partially ferrite, magnetised in the direction of its thickness and on which there is arranged, between two terminals, a metal wire (9) capable of being destroyed by fusion. The fuse comprises for example two ferrite strips (5 and 6) assembled and maintained in a spaced relationship by two insulating material bars (7 and 8), a silver wire (9) being arranged between the two strips. During fusion of the wire, the melting metal and the electric arc are expelled sideways according to Laplace law.

Description

FUSIBIE. la présente invention a pour objet un fusible comportant un fil métallique susceptible d'être détruit par fusion notamment en cas de surintensité. les fusibles sont des dispositifs de protection contre les surintensités utilisés depuis fort longtemps déjà. lorsque l'installation ou l'appareil à protéger est capable de supporter un court instant une surintensité, de tels fusibles constituent une protection sûre. Avec l'utilisation de plus en plus répandue de circuits électroniques, dont les composantes sont incapables de supporter des surintensités élevées, même de très courtes durées, il s'est avéré que de tels fusibles ne sont pas toujours capables d'assurer une protection suffisante des circuits. C'est le cas par exemple des circuits de télé-informatique reliés à des lignes de transmission exposées aux surtensions d'origine atmosphérique. Les meilleurs fusibles connus à ce jour pour protéger de telles installations sont des fusibles à fil d'argent sous tube de verre, le fil étant éventuellement tendu par un ressort de manière à assurer une rupture immédiate de l'arc qui se forme au moment de la rupture du fil. Or même avec les meilleurs fusibles connus à ce jour, on constate, malgré la fusion du fusible, la destruction de composantes de circuit. Ceci s'explique par la vaporisation de l'argent fondu qui forme un plasma conducteur à l'intérieur du tube, ce plasma maintenant l'arc électrique, c'est-à-dire un courant important à travers le fusible. Généralement cet effet peut se constater par le noircissement du tube de verre. FUSE. the subject of the present invention is a fuse comprising a metal wire capable of being destroyed by fusion, in particular in the event of an overcurrent. fuses are overcurrent protection devices that have been used for a very long time. when the installation or device to be protected is capable of withstanding an overcurrent for a short time, such fuses constitute safe protection. With the increasingly widespread use of electronic circuits, the components of which are unable to withstand high overcurrents, even for very short periods, it has been found that such fuses are not always capable of providing sufficient protection. circuits. This is the case, for example, for data processing circuits connected to transmission lines exposed to overvoltages of atmospheric origin. The best fuses known to date for protecting such installations are silver wire fuses under a glass tube, the wire possibly being tensioned by a spring so as to ensure an immediate rupture of the arc which forms at the time of wire break. However, even with the best fuses known to date, there is, despite the fuse blowing, the destruction of circuit components. This is explained by the vaporization of the molten silver which forms a conducting plasma inside the tube, this plasma maintaining the electric arc, that is to say a large current through the fuse. Generally this effect can be seen by the blackening of the glass tube.
Pour assurer un soufflage de l'arc, on a proposé d'utili-ser dans certains fusibles les effets de déflexion liés à la présence d'un champ magnétique, ce champ magnétique étant créé par des a1.ma.nts permanents ou des enroulements associés au fusible. On est ainsi arrivé dans l'art antérieur à des structures complexes, coûteuses et volumineuses. Notamaent, les aimants permanents métalliques utilisés dans les réalisations de fusibles de l'art antérieur nécessitent d'une part l'interposition de parois isolantes entre l'aimant et le fusible et d'autre part l'usage d'aimants volumineuxr L'encombrement de ces aimants, dû en particulier au fait qu'ils sont obligatoirement aimantés dans le sens de leur longueur, interdit prati quement la réalisation d'un champ magnétique uniforme sur toute la longueur d'un fil. fusible. L'interposition de parois isolantes augmente nécessairement l'entrefer ou la distance entre la pièce polaire et le fusible, de sorte que le champ magnétique est réduit ainsi que l'efficacité du soufflage.To ensure blowing of the arc, it has been proposed to use in certain fuses the deflection effects linked to the presence of a magnetic field, this magnetic field being created by permanent a1.ma.nts or windings. associated with the fuse. We thus arrived in the prior art to complex structures, expensive and bulky. In particular, the permanent metal magnets used in the embodiments of fuses of the prior art require on the one hand the interposition of insulating walls between the magnet and the fuse and on the other hand the use of bulky magnets. of these magnets, due in particular to the fact that they are necessarily magnetized lengthwise, prohibited practi only the realization of a uniform magnetic field over the entire length of a wire. fuse. The interposition of insulating walls necessarily increases the air gap or the distance between the pole piece and the fuse, so that the magnetic field is reduced as well as the efficiency of the blowing.
La présente invention a pour but d'assurer, par des moyens aussi simples que possible, l'extinction par un soufflage efficace de cet are. Selon un aspect de l'invention, les moyens servant d'aimant permanent servent également de support mécanique et de paroi de chambre d'extinction . Selon un autre aspect de l'invention, les moyens servant d'aimant permanent sont aimantés dans le sens de leur épaisseur de façon à réduire leur encombrement. Selon d'autres aspects de l'invention, le champ magnétique est produit sur toute la longueur du fil fusible pour accroitre l'effort mécanique produit sur le fil et assurer le soufflage de l'arc quelque soit le point de rupture du fil ; le champ magnétique est produit sur une largeur suffisante de part et d'autre du fil fusible pour permettre un allongement important de l'arc et accélérer son soufflage.The present invention aims to ensure, by as simple as possible, the extinction by an effective blowing of this are. According to one aspect of the invention, the means serving as a permanent magnet also serve as a mechanical support and as an extinguishing chamber wall. According to another aspect of the invention, the means serving as a permanent magnet are magnetized in the direction of their thickness so as to reduce their size. According to other aspects of the invention, the magnetic field is produced over the entire length of the fusible wire to increase the mechanical force produced on the wire and ensure the blowing of the arc whatever the point of breaking of the wire; the magnetic field is produced over a sufficient width on either side of the fusible wire to allow a significant elongation of the arc and to accelerate its blowing.
Sans sa réalisation la plus simple, le fusible selon l'invention est constitué par un support allongé en ferrite aimanté dans le sens de son épaisseur et sur lequel est disposé un fil conducteur -fusible non ferromagnétique entre deux bornes. Selon la loi de LAPLACE, lorsque le fil est parcouru par un courant, dans un sens ou dans l'autre, il est soumis à une force perpendiculaire au fil et parallèle au plan de support en ferrite et cette force est proportionnelle au produit du courant et du champ magnétique. Il est à noter que cette force agit sur toute charge électrique en mouvement, c'est-à-dire également sur l'arc électrique susceptible de se former au point de rupture du fil. Cette force a non seulement pour effet de souffler magnétiquement l'arc électrique, mais d'accélérer la rupture du fil en son point d'affaiblissement par fusion et d'accélérer l'écartement des brins au point de rupture, c'est-à-dire de réduire le temps pendant lequel un arc est susceptible de se formera Selon une exécution pratique, le fusible est constitué de deux bandes de ferrite souples, constituées de poudre de ferrite liée par un élastomère, fixées à faible distance l'une de l'autre au moyen de deux barrettes isolantes, le fil-fusible étant logé entre les deux bandes de ferrite. Les qualités d'isolant électrique des ferrites permettent de réaliser un entrefer très mince dans lequel le champ magnétique est élevé. En outre, l'effet de soufflage transversal de l'arc évite les projections de matière conductrice sur les parois proches en ferrite, projections qui tendraient à prolonger l'existence de l'arc.Without its simplest embodiment, the fuse according to the invention consists of an elongated ferrite support magnetized in the direction of its thickness and on which is disposed a non-ferromagnetic fuse-conductive wire between two terminals. According to the law of LAPLACE, when the wire is traversed by a current, in one direction or the other, it is subjected to a force perpendicular to the wire and parallel to the plane of support in ferrite and this force is proportional to the product of the current and the magnetic field. It should be noted that this force acts on any moving electric charge, that is to say also on the electric arc liable to form at the point of breaking of the wire. This force not only has the effect of magnetically blowing the electric arc, but of accelerating the breaking of the wire at its weakening point by fusion and of accelerating the spacing of the strands at the breaking point, i.e. - say to reduce the time during which an arc is likely to form According to a practical execution, the fuse consists of two flexible ferrite strips, made of ferrite powder linked by an elastomer, fixed a short distance from each other by means of two insulating bars, the fuse wire being housed between the two ferrite strips. The electrical insulating qualities of the ferrites make it possible to produce a very thin air gap in which the magnetic field is high. In addition, the transverse blowing effect of the arc prevents projections of conductive material on the nearby ferrite walls, projections which would tend to prolong the existence of the arc.
La partie des barrettes isolantes située entre les bandes de ferrite est de préférence munie de dents, à la manière d'un peigne, de manière à former des créneaux constituant des chambres de refroidissement et d'extinction transversales dans lesquelles l'arc est fragmenté et soufflé magnétiquement. Il est en outre possible de faire ccππauniquer ces chambres avec l'extérieur par des trous qui les prolongent à travers les barrettes isolantes. Si l'on désire éviter des projections métalliques vers l'extérieur à travers ces trous, ceux-ci peuvent être recouverts par une bande adhésive. L'utilisation de chambres de refroidissement et d'extinction transversales multiples en relation avec le soufflage magnétique permet un allongement considérable du trajet de l'arc pour une dimension transversale donnée du dispositif, tandis que les chambres de refroidissement multiples de l'art antérieur, non associées à un soufflage magnétique, ne permettent qu'un fractionnement et une expansion limitée des matières en fusion. On réalise ainsi un fusible rapide à très haut pouvoir de coupure.The part of the insulating bars located between the ferrite bands is preferably provided with teeth, in the manner of a comb, so as to form slots forming transverse cooling and extinguishing chambers in which the arc is fragmented and magnetically blown. It is also possible to make these chambers with the outside by holes which extend them through the insulating bars. If it is desired to avoid metal projections outwards through these holes, these can be covered with an adhesive tape. The use of multiple transverse cooling and extinguishing chambers in connection with the magnetic blowing allows a considerable elongation of the arc path for a given transverse dimension of the device, while the multiple cooling chambers of the prior art, not associated with a magnetic blowing, allow only a fractionation and a limited expansion of the molten materials. This produces a fast fuse with very high breaking capacity.
Selon un autre aspect de l'invention, les dents formant les parois transversales des chambres de refroidissement servent également de support mécanique intermédiaire pour le fil fusible, le fil étant pincé entre les dents opposées. Les bornes peuvent être réalisées de différentes manières, par exemple par des bagues ou par des bouchons aimantés pinçant les extrémités du fil. le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective d'une première forme d'exécution, la plus simple, de l'invention. La figure 2 est une vue partielle en perspective d'une deuxième forme d'exécution, à deux bandes aimantées.According to another aspect of the invention, the teeth forming the transverse walls of the cooling chambers also serve as an intermediate mechanical support for the fusible wire, the wire being pinched between the opposite teeth. The terminals can be produced in different ways, for example by rings or by magnetic plugs pinching the ends of the wire. the accompanying drawing shows, by way of example, some embodiments of the invention. Figure 1 is a perspective view of a first embodiment, the simplest, of the invention. Figure 2 is a partial perspective view of a second embodiment, with two magnetic strips.
La figure 3 représente un exemple de réalisation des bornes. La figure 4 représente une autre forme de réalisation des bornesβ la figure 5 est une vue en plan d'une troisième foras d'exécution, l'une des bandes de ferrite enlevée. la figure 6 est une vue en perspective de cette troisième forme d'exécution. la figure 7 illustre un mode d'exécution des bornes dans la troisième forme d'exécution* FIG. 3 represents an exemplary embodiment of the terminals. Figure 4 shows another embodiment of the terminals β Figure 5 is a plan view of a third execution fora, one of the ferrite strips removed. Figure 6 is a perspective view of this third embodiment. FIG. 7 illustrates an embodiment of the terminals in the third embodiment *
La figure 8 représente une variante, avec armature, de la troisième forme d'exécution. La figure 1 illustre sistultanéraent le principe de l'invention et la forme d'exécution, la plus simple de celle-ci. Sur une plaquette de ferrite 1 aimantée dans le sens de son épaisseur de manière à présenter des pôles N sur sa face inférieure et S sur sa face supérieure, est fixé un fil d'argent 2 au moyen de deux bagues métalliques 3 et 4 qui constituent les bornes du fusible. Le fil 2 présente, par exemple, un diamètre de 0,1 mm et une longueur de 30 mm. Selon la loi de LAPLACE, lorsque ce fil est parcouru par un courant I, il est soumis à une force P sous l'effet du champ magnétique H. Selon la forme d'exécution représentée à la figure 2, le fusible est constitué de deux bandes souples 5 et 6 constituées de poudre de ferrite liée par un élastomère, que l'on trouve sur le marché sous le nom de PLASTOFERRITE . Ces bandes sont aimantées dans le sens de leur épaisseur et s'attirent mutuellement. Elles sont fixées face à face et maintenues écartées l'une de l'autre dans le sens de l'épaisseur au moyen de deux barrettes isolantes 7 et 8 profilées en 2. La bande 5 est fixée aux barrettes 7 et 8 par collage, tandis que la bande 6 est simplement retenue magnétiquement par la bande 5 de façon à rester amovible. Les jambes 70 et 30 des profils en 2 assurent l'écartement des deux bandes aimantées, écartement définissant l'épaisseur d'un logement 90 dans lequel est disposé le fil d'argent 9. La dimension transversale du logement 90 e.st définie par l'écartement des jambes 70 et 80. A ses extrémités, le fil 9 est fixé et relié galvaniquement à deux bornes qui peuvent être exécutées par exemple comme représentées à la figure 3 dans laquelle chaque borne est constituée par une bride métallique 10 dont les extrémités 10a et 10b sont repliées autour de chacune des barrettes isolantes 7 et 8, l'extrémité du fil 9 étant repliée sous la bride. L'extrémité du fil 9 pourrait également être soudée sur la bride. La bande aimantée supérieure permet une recharge aisée du fusible. Dans le mode d'exécution représenté à la figure 4, les extrémités du fil 9 sont fixées par pincement entre deux pièces métalliques aimantées 11 et 12 constituant simultanément des bouchons fermant les extrémités du fusible et des bornes de contact. Considérant la figure 2, il sera également possible de pincer le fil 9 entre deux plaquettes métalliques collées respectivement sur la face supérieure de la bande 5 et sur la face inférieure de la bande 6. Afin de ne pas affaiblir le champ magnétique on utilisera des métaux non ferromagnétiques, de préférence diamagnétiques. Les bandes de ferrite peuvent présenter par exemple une longueur de 50 mm sur une largeur de 10 mm et une épaisseur de 1 ,8 mm avec un entrefer de 1,5 mm» Il est possible d'augmenter l'efficacité de l'effet de soufflage magnétique de l'arc électrique en utilisant des barrettes isolantes 13 et 14 telles que représentées sur les figures 5 et 6. Les jambes de ces barrettes isolantes 13 et 14 sont munies de dents 15 et 16 s'engageant entre les bandes de ferrite 6 et 7, ces dents formant deux peignes dont les dents sont situées l'une en face de l'autre, les créneaux 17 et 18 formés entre les dents constituant des chambres de refroidissement et d'extinction de l'arc. Les jambes et les dents des barrettes 13 et 14 ont une longueur suffisanté pour que le fil-fusible 9 soit en outre maintenu mécaniquement entre ces dents, ce qui lui permet de supporter plus facilement des chocs mécaniques sans risque de rupture. Il a en effet été constaté que des fils de fusible selon l'art antérieur se sont cassés par simple contrainte mécanique en leur point d'attache. Il est en outre possible de faire communiquer les chambres d'extinction avec l'extérieur par des trous 19 qui les prolongent et qui favorisent encore le soufflage de l'arc et l'expulsion des particules métalliques» Au besoin, ces trous peuvent être obturés au moyen de bandes adhésives 20 et 21 représentées en traits mixtes. A ses extrémités, le fil 9 est pincé entre deux dents plus larges 22 et 23 des barrettes isolantes. Les extrémités du fil peuvent être reliées à des bornes par pincement ou soudure. la figure 7 illustre un exemple de connexion selon lequel le fil est replié dans une fente 24 de l'une des barrettes et sous une bague métallique 25* Il est possible d'augmenter considérablement le champ magnétique, c'est-à-dire l'effet soufflant dans l'entrefer, au moyen d'une armature ferromagnétique, une telle exécution est représentée à la figure 8, en tant que variante de la forme d'exécution selon les figures 5 et 6, dans laquelle l'armature est constituée par une tδle 26 en fer doux repliée en U. Avec cette armature il a été possible de mesurer un champ magnétique de 1200 à 1300 Gauss centra un champ de 500 à 650 Gauss sans armature. Les forces agissant dans ce cas sur le fil et l'arc sont relativement très élevées.FIG. 8 represents a variant, with reinforcement, of the third embodiment. Figure 1 illustrates sistultanéraent the principle of the invention and the embodiment, the simplest thereof. On a ferrite plate 1 magnetized in the direction of its thickness so as to have poles N on its lower face and S on its upper face, is fixed a silver wire 2 by means of two metal rings 3 and 4 which constitute the fuse terminals. The wire 2 has, for example, a diameter of 0.1 mm and a length of 30 mm. According to LAPLACE law, when this wire is traversed by a current I, it is subjected to a force P under the effect of the magnetic field H. According to the embodiment shown in Figure 2, the fuse consists of two flexible bands 5 and 6 made of ferrite powder bound by an elastomer, which are found on the market under the name of PLASTOFERRITE. These strips are magnetized in the direction of their thickness and attract each other. They are fixed face to face and kept apart from each other in the thickness direction by means of two insulating bars 7 and 8 profiled in 2. The strip 5 is fixed to the bars 7 and 8 by gluing, while that the strip 6 is simply magnetically retained by the strip 5 so as to remain removable. The legs 70 and 30 of the profiles in 2 ensure the spacing of the two magnetic strips, spacing defining the thickness of a housing 90 in which the silver wire 9. The transverse dimension of the housing 90 is defined by the spacing of the legs 70 and 80. At its ends, the wire 9 is fixed and galvanically connected to two terminals which can be executed for example as shown in Figure 3 in which each terminal is constituted by a metal flange 10 whose ends 10a and 10b are folded around each of the insulating bars 7 and 8, the end of the wire 9 being folded under the flange. The end of the wire 9 could also be welded to the flange. The upper magnetic strip allows easy recharging of the fuse. In the embodiment shown in Figure 4, the ends of the wire 9 are fixed by pinching between two magnetized metal parts 11 and 12 simultaneously constituting plugs closing the ends of the fuse and contact terminals. Considering FIG. 2, it will also be possible to pinch the wire 9 between two metal plates glued respectively on the upper face of the strip 5 and on the lower face of the strip 6. In order not to weaken the magnetic field, metals will be used non-ferromagnetic, preferably diamagnetic. The ferrite strips can for example have a length of 50 mm over a width of 10 mm and a thickness of 1.8 mm with an air gap of 1.5 mm. It is possible to increase the effectiveness of the effect of magnetic blowing of the electric arc using insulating bars 13 and 14 as shown in FIGS. 5 and 6. The legs of these insulating bars 13 and 14 are provided with teeth 15 and 16 engaging between the ferrite strips 6 and 7, these teeth forming two combs, the teeth of which are located one opposite the other, the slots 17 and 18 formed between the teeth constituting chambers for cooling and extinguishing the arc. The legs and the teeth of the bars 13 and 14 have a sufficient length so that the fuse wire 9 is also mechanically held between these teeth, which allows it to more easily withstand mechanical shocks without risk of breakage. It has in fact been observed that the fuse wires according to the prior art are broken by simple mechanical stress at their point of attachment. It is also possible to communicate the extinguishing chambers with the outside by holes 19 which extend them and which further favor the blowing of the arc and the expulsion of metal particles. If necessary, these holes can be closed by means of adhesive strips 20 and 21 shown in phantom. At its ends, the wire 9 is pinched between two wider teeth 22 and 23 of the insulating bars. The ends of the wire can be connected to terminals by pinching or welding. FIG. 7 illustrates an example of connection according to which the wire is folded in a slot 24 of one of the bars and under a metal ring 25 * It is possible to considerably increase the magnetic field, that is to say the blowing effect in the air gap, by means of a ferromagnetic armature, such an embodiment is shown in FIG. 8, as a variant of the embodiment according to FIGS. 5 and 6, in which the armature is made up by a sheet 26 of soft iron folded back in U. With this frame it was possible to measure a magnetic field of 1200 to 1300 Gauss centered a field of 500 to 650 Gauss without frame. The forces acting in this case on the wire and the arc are relatively very high.
En résumé, le fusible selon l'invention présente un très haut pouvoir de coupure et assure une protection quasi absolue de composants délicats par sa vitesse de coupure élevée, il est facile à fabriquer, il peut être rechargeable et même nettoyable.In summary, the fuse according to the invention has a very high breaking capacity and ensures almost absolute protection of delicate components by its high cutting speed, it is easy to manufacture, it can be rechargeable and even cleanable.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-anrès. The present invention is not limited to the embodiments which have been explicitly described, but it includes the various variants and generalizations thereof contained in the field of the claims above.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Pusible comportant un fil conducteur (9) susceptible d'être détruit par fusion en cas de surintensité, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un support allongé constitué au moins partiellement de ferrite (1), aimanté dans le sens de son épaisseur et sur lequel est disposé le fil conducteur entre deux bornes (3, 4).1 - Pusible comprising a conductive wire (9) capable of being destroyed by fusion in the event of overcurrent, characterized in that it comprises at least one elongated support at least partially made of ferrite (1), magnetized in the direction of sound thickness and on which the conductive wire is arranged between two terminals (3, 4).
2 - Pusible selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il est constitué de deux bandes (5, 6) de ferrite assemblées et maintenues écartées par deux barrettes (7, 8) en matière isolante.2 - Pusible according to claim 1, characterized in that it consists of two strips (5, 6) of ferrite assembled and held apart by two bars (7, 8) of insulating material.
3 - Pusible selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bandes (5, 6) de ferrite sont constituées par des bandes souples.3 - Pusible according to claim 2, characterized in that the bands (5, 6) of ferrite are constituted by flexible bands.
4 - Pusible selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des bandes (5) de ferrite est fixée par collage aux barrettes isolantes, tandis que l'autre (6) est maintenue magnétique- ment par attraction par la bande collée (5).4 - Pusible according to claim 3, characterized in that one of the bands (5) of ferrite is fixed by gluing to the insulating bars, while the other (6) is held magnetically by attraction by the glued band ( 5).
5 - Pusible selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la partie (70, 80) des barrettes isolantes située entre les bandes de ferrite (5, 6) est munie de dents (15, 16) définissant des créneaux (17, 18) constituant des chambres d'extinction de l'arc électrique.5 - Pusible according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the part (70, 80) of the insulating bars located between the ferrite strips (5, 6) is provided with teeth (15, 16) defining slots (17, 18) constituting chambers for extinguishing the electric arc.
6 - Pusible selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fil est pincé entre les deux rangées de dents (15, 16) des deux barrettes isolantes.6 - Pusible according to claim 5, characterized in that the wire is pinched between the two rows of teeth (15, 16) of the two insulating bars.
7 - Pusible selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fond des créneaux (17, 18) communique avec l'extérieur par un trou (19) situé dans le prolongement du créneau.7 - Pusible according to claim 5, characterized in that the bottom of the slots (17, 18) communicates with the outside through a hole (19) located in the extension of the slot.
8 - Pusible selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les faces extérieures des bandes (5, 6) de ferrite sont reliées par une armature ferromagnétique (26). 8 - Pusible according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the outer faces of the bands (5, 6) of ferrite are connected by a ferromagnetic armature (26).
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